局部阴影条件下光伏发电系统的优化控制研究

【摘要】：光伏阵列是光伏发电系统的核心,建立合适的光伏电池模型并设计合适的最大功率点跟踪算法对整个系统的效率优化有重大意义。因此本文研究的重点就是局部阴影条件下的光伏电池建模和多峰最大功率点跟踪技术。 首先,本文设计了基于黄金分割点的双模式MPPT控制算法,将扰动法与电导增量法结合,同时采用黄金分割点(0.618)对步长进行在线调整来提高控制精度,有效解决了单峰最大功率点跟踪技术存在的振荡和跟踪速度慢问题。 其次,在MATLAB/Simulink平台采用搭建元件和编写嵌入函数相结合的方式建立了适用于局部阴影条件下的改进双二极管模型,不仅避免了专门用元件搭建模型的复杂、可读性差的缺点,而且克服了单二极管模型在高温和低辐照度时的缺陷。 第三,仿真分析了局部阴影下光伏阵列的输出特性,验证了旁路二极管对热斑的抑制作用、旁路二极管重叠和不重叠连接方式的不同效果、多个光伏电池组件共用一个旁路二极管对减少多峰数目的效果；重叠区的阴影可增大最大输出电流,且最大输出电流与遮阴程度正相关。 第四,总结了热斑效应的解决方法,提出了一种新方法：使光伏阵列等效串联结构的光照平衡。等效串联阵列的光照平衡度越高,局部阴影对光伏阵列的影响越小,因此可以将提高等效串联阵列光照平衡度作为阵列结构优化的一个方向。 第五,设计了基于扰动观察法的双向多峰MPPT控制算法,仿真验证了此方法在多峰最大功率点跟踪中的有效性。 【关键词】：局部阴影 双二极管模型 黄金分割 光照平衡 多峰MPPT
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-6
• 第一章 绪论6-12
• 1.1 选题的背景和意义6-8
• 1.2 光伏发电系统简介8-9
• 1.3 国内外研究现状9-10
• 1.3.1 光伏组件模型的研究现状9-10
• 1.3.2 最大功率点跟踪技术的研究现状10
• 1.4 课题的主要研究内容10-12
• 第二章 光伏发电阴影效应研究12-24
• 2.1 光伏电池概述12-14
• 2.1.1 光伏电池的工作原理12
• 2.1.2 光伏电池的分类12-14
• 2.1.3 光伏电池的发展趋势14
• 2.2 局部阴影对光伏电池的影响14-19
• 2.2.1 局部阴影的成因及危害14-15
• 2.2.2 热斑效应及其解决方法15-16
• 2.2.3 旁路二极管的作用机理及连接方式16-18
• 2.2.4 阻塞二极管的作用机理18-19
• 2.3 光伏电池的输出特性19-22
• 2.3.1 均匀光照下的输出特性19-20
• 2.3.2 局部阴影条件下的输出特性20-22
• 2.4 本章小结22-24
• 第三章 局部阴影下光伏电池的建模和仿真24-44
• 3.1 光伏电池的等效数学模型和重要参数24-26
• 3.1.1 单二极管模型24-25
• 3.1.2 双二极管模型模型25-26
• 3.1.3 几个重要参数26
• 3.2 基于MATLAB/Simulink的单二极管光伏阵列模型26-30
• 3.3 局部阴影条件下的光伏组件模型30-37
• 3.3.1 双二极管模型的优点30
• 3.3.2 双二极管模型参数的确定30-31
• 3.3.3 模型的建立和准确性的验证31-37
• 3.4 旁路二极管不同连接方式的仿真分析37-39
• 3.5 等效串联组件的光照平衡对光伏阵列的意义39-42
• 3.6 本章小结42-44
• 第四章 局部阴影条件下最大功率点跟踪控制研究44-60
• 4.1 MPPT控制的基本原理44-45
• 4.2 MPPT控制算法的分类45-50
• 4.2.1 开环MPPT算法45-46
• 4.2.2 闭环MPPT算法46-48
• 4.2.3 仿生智能MPPT算法48-50
• 4.3 基于黄金分割点的双模式MPPT控制算法50-54
• 4.3.1 双模式MPPT控制方法的基本原理50
• 4.3.2 引入黄金分割点控制步长50-51
• 4.3.3 算法的控制流程51-52
• 4.3.4 系统模型及仿真结果52-54
• 4.4 基于扰动观察法的双向多峰MPPT算法54-59
• 4.4.1 传统P&O在多峰MPPT中的应用54-56
• 4.4.2 双向多峰MPPT跟踪方法的基本原理56-58
• 4.4.3 仿真结果及分析58-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第五章 总结与展望60-62
• 5.1 全文总结60
• 5.2 研究展望60-62
• 参考文献62-66
• 攻读学位期间的研究成果66-67
• 致谢67-68

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